声音专栏|Run FAST 迅捷的Echo MS系统（1）

Run FAST | 迅捷的Echo® MS系统（1）

Hey，大家好，我是您的质谱应用专家刘婷，来自SCIEX中国市场部，负责高级解决方案的开发与支持。16年的一线应用经验，让我深感到质谱应用信息共享的重要性。无论是质谱前沿技术，还是常用技术的深入应用，都希望在我的这个专栏中能和大家分享。“婷视角，看分析”希望拓宽您的视野，进入美妙的的质谱应用世界。

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大家好，我们又见面了。上两期内容，我们谈到了两个新产品：OptiFlow® Turbo V 离子源和SCIEX Triple Quad™ 5500+ LC-MS/MS 系统 – QTRAP® Ready。其中，OptiFlow® Turbo V 离子源的设计特点主要是：方便易用，如：微升流速和纳升流速间的快速切换，无需调试喷针位置，等等；其有3个应用特点：提高灵敏度、长期喷雾稳定性和正负切换稳定性。另一款新产品SCIEX Triple Quad™ 5500+ LC-MS/MS 系统 – QTRAP® Ready，主要沿用了SCIEX Triple Quad™  6500+系统的2个革新硬件技术：双聚焦QJet®离子导向技术和高能打拿极检测器，获得了更优异的离子捕获和传输能力，实现了5 ms正负切换速度和6个数量级的线性范围。2020年6月2日，SCIEX 举办了2020年度系列新品发布会。正式面向全球客户同步发布：超高检测通量分析的Echo® MS系统。

本期内容主要介绍Echo® MS系统的研发背景和工作原理。Echo MS系统的创新性在于：它不用连接液相色谱系统（LC）就可进行稳定定量分析，将质谱仪从作为液相色谱检测器的角色中分离出来，使质谱检测不再受限于色谱分离时间限制，真正意义上做到了超高通量分析^[1]。

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Echo MS系统能达到的超高通量，又是怎样的要求呢？实际上，上世纪90年代末，为了提高药物发现的效率，制药公司会使用组合化学和高通量筛选等新型技术，这也导致了药物公司对高通量技术的新要求——将通量从每天数百个样本扩展到每天超过100,000个样本。

为了解决通量问题，2008年，SCIEX和美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Lab)签署的一项合作研究“ 开放端口接口(Open Port Interface, OPI)技术系统”的协议。近几年，SCIEX与Labcyte公司联合进行了一项使用OPI的声波激发进样（Acoustic Droplet Ejection，ADE） 试验，实验结果令人满意，检测通量可达每天100, 000个样本。而后，该系统被转移到康涅狄格州格罗顿(Groton, CT)的辉瑞公司(Pfizer)进行实际样品测试。辉瑞公司成功的将这项技术应用在体外药物筛查、血浆动力学(plasma- based pharmacokinetics)、酶动力学和纳米合成产物等方面研究，同时加速了该项技术的商业化进程^[2]。在2019年, SCIEX成功将商品化的Echo MS系统推向市场。

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了解了Echo MS系统的研发背景，再来看看Echo MS系统的组成和工作原理。Echo MS系统是声波激发与质谱耦合技术(Acoustic Ejection Mass Spectrometry，AEMS)的商品名， 该技术有时也叫做声波激发-开放端口接口-质谱仪（Acoustic Droplet Ejection - Open Port Interface - Mass Spectrometry， ADE-OPI-MS）。Echo MS系统包括3个部分：ADE系统，OPI和电喷雾电离源质谱仪（ESI- MS）（图1）^[3]。 

图1. Echo MS系统实物图

•       ADE：声波激发进样技术

•       OPI：开放端口接口

•       ESI-MS：基于电喷雾电离的质谱系统

ADE系统主要起样品进样作用，可以兼容96-, 384- 和 1536- 样品孔板。它是一种非接触性采样技术，通过声波激发作用，血浆或其他体液样品的液面表面能稳定产生2.5 nL液滴，然后该液滴被吸入OPI系统（图2）^[4] 。ADE系统有两个优势：一是能稳定产生2.5 nL的样品液滴，从而保证了进样的稳定性；二是声波激发的采样速度极快，和质谱仪联用后，采样速度高达每秒三个样品；这样快速的采样速度，每天可达200,000多个样品的检测通量。

OPI系统主要起样品传输和稀释作用，外部的低压泵为OPI系统持续提供0.2-0.5 mL/min稳定流速的溶剂流入（图2），不但可以对吸入的样品小液滴进行在线稀释，而且提供了自我清洗功能，这就解决了样品前处理问题和系统交叉污染问题。最终，低压泵提供的溶剂带着2.5 nL样品进入ESI源离子化区域，进行脱溶剂和离子化作用。

图2. ADE-OPI-MS系统简易示意图：样品在ADE系统声波激发作用下，液体表面稳定产生2.5 nL小液滴，该小液滴进入OPI系统；低压泵持续提供稳定流速（0.2-0.5 mL/min）溶剂流入OPI系统, 并将该小液滴带到ESI离子化区域进行离子化，最后进入质谱；由于低压泵持续提供溶剂流入OPI系统，从而解决了样品前处理问题和系统交叉污染问题。（摘自文献5）

ESI-MS系统为SCIEX Triple Quad™ 6500+ 系统，提供优异的灵敏度、稳定性和6个数量级的线性范围。对于质谱仪而言，未经前处理的样品，直接进样，会有严重的基质效应么？实验结果表明：由于声波激发进样的进样量仅为2.5 nL， 且在OPI系统中有亚-mL/min级别的溶剂在线稀释，Echo MS系统并未发现强基质效应（图3）。

图3. 不同溶剂和前处理的维拉帕米血浆标准曲线: 4 nM – 20 µM展示：血浆样本直接进样，和标准品对比，其基质效应很弱。

要满足工业化的通量测试需求， Echo MS系统需要解决多个难题。如何将样品快速传送到质谱系统？如何保证每次进样量的稳定性？如何避免系统的交叉污染？如何避免基质效应？ADE技术、OPI技术和SCIEX Triple Quad™ 6500+ 系统的理想结合使得这些难题一一解决。目前，Echo® MS系统已被多家国际药企所使用，助力药物的快速研发。

了解了Echo® MS系统的研发背景和工作原理， 我们来做一下总结：

Echo® MS系统属于声波激发与质谱耦合技术（AEMS），包括负责进样的ADE系统，起喷头作用的OPI系统和ESI-MS三个部分；

Echo® MS系统的创新型在于，无需样品前处理，满足工业化超高通量要求的检测系统， 可轻松实现每天100,000个样品的检测需求；

Echo® MS系统不但实现了超高通量，同时解决了高通量要求下的多个难题，保证了进样稳定性、避免系统交叉污染和基质效应。

本期的主要内容，就到这里了。下期内容，我们将用具体数据介绍Echo® MS系统的性能数据和现有成熟应用。谢谢大家的收听，我们下期再见。 

参考文献：

1. Christine Fandozzi, et al.2019 White Paper on Recent Issues in Bioanalysis: Chromatographic Assays (Part 1 – Innovation in Small Molecules and Oligonucleotides & Mass Spectrometric Method Development Strategies for Large Molecule Bioanalysis[J]. Bioanalysis(2019)11(22),2029–2048.

2. Hui Zhang . Acoustic dispensing-mass spectrometry: the next high throughput bioanalytical platform for early drug discovery[J]. Bioanalysis(2017)9(21),1619–1621.

3. Tom Covey, Chang Liu. Innovations in Quantitation – Breaking the Throughput Sound Barrier With Echo® MS.Webinar [W/OL].2019.12.03. https://www.technologynetworks.com/tn/webinars/innovations-in-quantitation-breaking-the-throughput-sound-barrier-with-echo-ms-326821

4. Chang Liu, et al. A High Throughput Mass Spectrometry Plate Reader: Acoustic Droplet Ejection to an Open-Port Probe Sampling Interface. 2018 ASMS poster.

5. Chang Liu, et al.Acoustic-Droplet-Ejection to the Open-Port Probe Sampling Interface of MS (ADE-OPP-MS) - the Automated High-Throughput Bioanalysis Platform for Drug Discovery. 2019 ASMS poster.